(57)【要約】【課題】  信頼性の高い半導体装置、及び、これを効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】  半導体装置の製造方法は、半導体チップ１０の電極１２と配線パターン２２とを、ビスマスを含有するはんだ３０を介して対向させること、及び、はんだ３０を、融点以上３００度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて、電極１２と配線パターン２２とを電気的に接続する導電部４０を形成することを含む。はんだ３０のビスマス含有量は、３％よりも多く５７％未満である。導電部４０を形成する工程で、融点以上の温度ではんだ３０を加熱する時間は１０秒未満である。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極と配線パターンとを、ビスマスを含有するはんだを介して対向させること、及び、
前記はんだを、融点以上３００度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて、前記電極と前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を形成することを含み、
前記はんだのビスマス含有量は、３％よりも多く５７％未満であり、
前記導電部を形成する工程で、前記融点以上の温度で前記はんだを加熱する時間は１０秒未満である半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記はんだは前記配線パターンにめっきされてなる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置において、
前記導電部を形成する工程で、前記はんだの溶融時間が１０秒未満になるように、前記はんだを加熱する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法で製造された半導体装置。
【請求項５】
配線パターンが形成された配線基板と、
複数の電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
それぞれの前記電極と前記配線パターンとの間に配置されて両者を電気的に接続する導電部と、
を含み、
前記導電部は、前記配線パターンの上端面から前記電極の上端面に至るように形成された中央部と、前記中央部を囲む側方部とを含み、
前記導電部は、ビスマスの含有量が９０％を超えるビスマスの偏析部を有し、
前記偏析部は、前記導電部の前記中央部を避けて前記側方部に配置されてなる半導体装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置において、
前記偏析部は、前記配線パターンとオーバーラップしないように配置されてなる半導体装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の半導体装置において、
前記電極は、パッドと、前記パッドに形成されたバンプとを含み、
前記偏析部は、前記バンプの先端面とオーバーラップしないように配置されてなる半導体装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面に露出するように配置されてなる半導体装置。
【請求項９】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面から露出しないように配置されてなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線パターンと半導体チップの電極とを、はんだを利用して電気的に接続することが知られている。この場合、配線パターンと電極とを電気的に接続する導電部が形成されることが一般的である。はんだは、ビスマスを含有することで融点が下がることが知られているが、ビスマスを含有するはんだを利用すると導電部内にビスマスの偏析部が発生することがあった。信頼性の高い半導体装置を製造するためには、特に、導電部の中央部にビスマスの偏析部を形成しないことが重要である。
【０００３】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置、及び、これを効率よく製造する方法を提供することにある。
【特許文献１】特開２００１−３５９７８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップの電極と配線パターンとを、ビスマスを含有するはんだを介して対向させること、及び、
前記はんだを、融点以上３００度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて、前記電極と前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を形成することを含み、
前記はんだのビスマス含有量は、３％よりも多く５７％未満であり、
前記導電部を形成する工程で、前記融点以上の温度で前記はんだを加熱する時間は１０秒未満である。本発明によると、融点の低いはんだを利用して半導体装置を製造することができる。そのため、半導体装置の製造効率を高めることができる。また、本発明によると、中央部を避けて側方部にビスマスの偏析部が配置された導電部を形成することができる。そのため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記はんだは前記配線パターンにめっきされていてもよい。
（３）この半導体装置において、
前記導電部を形成する工程で、前記はんだの溶融時間が１０秒未満になるように、前記はんだを加熱してもよい。
（４）本発明に係る半導体装置は、上記方法で製造されてなる。
（５）本発明に係る半導体装置は、配線パターンが形成された配線基板と、
複数の電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
それぞれの前記電極と前記配線パターンとの間に配置されて両者を電気的に接続する導電部と、
を含み、
前記導電部は、前記配線パターンの上端面から前記電極の上端面に至るように形成された中央部と、前記中央部を囲む側方部とを含み、
前記導電部は、ビスマスの含有量が９０％を超えるビスマスの偏析部を有し、
前記偏析部は、前記導電部の前記中央部を避けて前記側方部に配置されてなる。本発明によると、応力に対する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
（６）この半導体装置において、
前記偏析部は、前記配線パターンとオーバーラップしないように配置されていてもよい。
（７）この半導体装置において、
前記電極は、パッドと、前記パッドに形成されたバンプとを含み、
前記偏析部は、前記バンプの先端面とオーバーラップしないように配置されていてもよい。
（８）この半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面に露出するように配置されていてもよい。
（９）この半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面から露出しないように配置されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【０００６】
図１〜図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。
【０００７】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップ１０を用意することを含んでいてもよい（図１及び図２、図４及び図５参照）。半導体チップ１０は、例えばシリコン基板であってもよい。半導体チップ１０は、集積回路１１を有していてもよい。集積回路１１の構成は特に限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子を含んでいてもよい。また、半導体チップ１０は複数の電極１２を有する。電極１２は、半導体チップ１０の内部と電気的に接続されていてもよい。電極１２は、集積回路１１と電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路１１に電気的に接続されていない電極を含めて、電極１２と称してもよい。電極１２は、パッド１６とパッド１６上に形成されたバンプ１８とによって構成されていてもよい（図３参照）。パッド１６は、例えば、アルミニウム又は銅等の金属で薄く平らに形成されていてもよい。また、バンプ１８は、例えば金バンプであってもよい。電極１２が配置される領域や配列も特に限定されない。電極１２は、例えば、集積回路１１とオーバーラップする領域内に配置されていてもよい。半導体チップ１０は、パッシベーション膜を有してもよい（図示せず）。パッシベーション膜は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミド樹脂等で形成されていてもよい。
【０００８】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板２０を用意することを含んでいてもよい（図１及び図２参照）。配線基板２０の材料や構造は特に限定されず、既に公知となっているいずれかの基板を利用してもよい。配線基板２０は、フレキシブル基板であってもよく、リジッド基板であってもよい。あるいは、配線基板２０は、テープ基板であってもよい。配線基板２０は、積層型の基板であってもよく、あるいは、単層の基板であってもよい。また、配線基板２０の外形も特に限定されるものではない。配線基板２０には配線パターン２２が形成されてなる。配線パターン２２は、配線基板２０の表面に設けられていてもよい。配線基板２０が多層基板である場合、配線パターン２２は、配線基板２０の層間に形成されていてもよい（図示せず）。配線パターン２２の構造や材料は、特に限定されず、既に公知となっているいずれかの配線を利用してもよい。例えば、配線パターン２２は、銅（Ｃｕ）、クローム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれかを積層して、あるいはいずれかの一層で形成されていてもよい。配線基板２０は、図示しない保護膜をさらに有してもよい。保護膜は、配線パターン２２の一部を覆うように形成されていてもよい。
【０００９】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１に示すように、半導体チップ１０の電極１２と配線パターン２２とを、ビスマスを含有するはんだ３０を介して対向させることを含む。はんだ３０は、例えば、配線パターン２２にめっきされていてもよい（図１参照）。あるいは、はんだ３０は、ペースト状で配線パターン２２上に設けられていてもよい。あるいは、はんだ３０は、電極１２に設けられていてもよい。はんだにビスマスを添加すると、はんだの融点が下がることが知られている。そのため、ビスマスを含有するはんだ３０を利用することで、後述する導電部４０を形成する工程を低温で行うことができる。これにより、効率よく半導体装置を製造することが可能になる。また、半導体チップ１０や配線基板２０に損傷を与えることなく、半導体装置を製造することが可能になる。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、はんだ３０のビスマス含有量は、３％よりも多く５７％未満である。これにより、ビスマスを含有しない場合と比較してはんだ３０の融点を顕著に下げることができる。
【００１０】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図２及び図３に示すように、電極１２と配線パターン２２とを電気的に接続する導電部４０を形成することを含む。なお、図３は図２の一部拡大図であり、電極１２と配線パターン２２との接合状態を説明するための図である。本工程では、はんだ３０を、融点以上３００度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて導電部４０を形成する。また、本工程では、融点以上の温度ではんだ３０を加熱する時間は１０秒未満である。本工程では、例えばボンディングツールによって、はんだ３０を融点以上の温度で加熱してもよい。すなわち、ヒーターを内蔵するボンディングツールで半導体チップ１０を保持して、半導体チップ１０をはんだ３０の融点以上の温度に加熱し、電極１２と配線パターン２２（はんだ３０）とを接触させて、はんだ３０を加熱してもよい。このとき、電極１２がはんだ３０と接触してから、ボンディングツールが半導体チップ１０から離れるまでの時間を、１０秒未満としてもよい。ただし、はんだ３０を加熱する方法はこれに限られるものではない。例えば、誘導電流を利用して、はんだ３０を加熱してもよい。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、はんだ３０の溶融時間が１０秒未満になるように、はんだ３０を加熱してもよい。
【００１１】
導電部４０は、図３に示すように、中央部４２と側方部４４とを含む。中央部４２は、配線パターン２２の上端面から電極１２の上端面に至るように形成されてなる。そして、側方部４４は、中央部４２を囲むように形成されてなる。また、導電部４０は、ビスマスの含有量が９０％を超えるビスマスの偏析部４５を有する。偏析部４５は、中央部４２を避けて側方部４４に配置されてなる。先に説明した条件ではんだ３０を加熱することで、上記の構造をなす導電部４０を形成することができる。なお、偏析部４５は、配線パターン２２とオーバーラップしないように配置されていてもよい。また、電極１２がバンプ１８を有する場合、偏析部４５は、バンプ１８の先端面とオーバーラップしないように配置されていてもよい。また、偏析部４５は、導電部４０の表面に露出するように配置されていてもよい。あるいは、偏析部４５は、導電部４０の表面から露出しないように配置されていてもよい。はんだ３０に含まれるビスマスの量や、加熱温度、ボンディング時の加圧力等を調整して、偏析部４５の位置や大きさを制御してもよい。
【００１２】
先に説明したように、はんだ３０はビスマスを含有する。通常、ビスマスを含有するはんだを利用して導電部を形成すると、導電部内にビスマスの偏析部が発生することがあった。ところで、半導体チップ１０実装後の温度の低下や、半導体装置が置かれる環境の変化によって、導電部には力が加えられることがある。このときに、導電部の内部に偏析部が形成されていると、偏析部を起点にして導電部の破壊が生じる恐れがあった。特に、偏析部が導電部の中央部に配置されると、導電部の破壊が生じやすくなる。すなわち、中央部から導電部の破壊が発生し、これが側方部に至り、導電部が完全に破断することがあった。このことから、導電部の破壊を防止するためには、中央部内に破壊の起点となりうる部分を配置しないことが重要である。
【００１３】
ところで、導電部４０では、図３に示すように、ビスマスの偏析部４５は、中央部４２を避けて側方部４４に形成される。言い換えると、中央部４２内には偏析部４５が配置されない。すなわち、先に説明した方法によれば、中央部４２内に破壊の起点となりうる部分が配置されないように、導電部４０を形成することができる。そのため、破壊されにくい構造をなす導電部４０を形成することができる。すなわち、応力に対する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、中央部４２は、配線パターン２２の上端面から電極１２の上端面に至るように形成されていることから、中央部４２によって配線パターンと電極１２との電気的な導通を確保することができる。このことから、電気的な信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００１４】
そして、配線基板２０を切断する工程や、検査工程などを経て、図４に示す半導体装置１を製造してもよい。半導体装置１は、配線パターン２２が形成された配線基板２０を有する。半導体装置１は、複数の電極１２を有する半導体チップ１０を有する。半導体チップ１０は、電極１２が配線パターン２２と対向するように配線基板２０に搭載されてなる。半導体装置１は、それぞれの電極１２と配線パターン２２との間に配置されて両者を電気的に接続する導電部４０を有する。導電部４０は、配線パターン２２の上端面から電極１２の上端面に至るように形成された中央部４２と、中央部４２を囲む側方部４４とを含む。導電部４０は、ビスマスの含有量が９０％を超えるビスマスの偏析部４５を有する。偏析部４５は、導電部４０の中央部４２を避けて側方部４４に配置されてなる。先に説明したように、導電部４０は破壊しにくい構造をなすため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１５】
そして、図５には、半導体装置１を有する電子モジュール１０００を示す。電子モジュール１０００は、表示デバイスであってもよい。表示デバイスは、例えば液晶表示デバイスやＥＬ（Electrical Luminescence）表示デバイスであってもよい。さらに、半導体装置１を有する電子機器として、図６にノート型パーソナルコンピュータ２０００を、図７に携帯電話３０００を、それぞれ示す。
【００１６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明を適用した実施の形態に係る方法で製造した半導体装置を示す図である。
【図５】図５本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子デバイスを示す図である。
【図６】図６は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図７】図７は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０…半導体チップ、  １２…電極、  １６…パッド、  １８…バンプ、  ２０…配線基板、  ２２…配線パターン、  ３０…はんだ、  ４０…導電部、  ４２…中央部、  ４４…側方部、  ４５…偏析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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